Muerte - SIID - Instituto Nacional de Salud Pública

Muerte
celular
Carla O. Contreras-Ochoa, Alfredo Lagunas-Martínez, Dolores Correa
una batalla
por el control
50 ciencia y desarrollo
Los protozoarios parásitos son organismos unicelulares,
muchos de los cuales viven dentro de una célula –por lo que son
llamados intracelulares–; de ella obtienen nutrientes para crecer
y multiplicarse, así como protección contra los mecanismos de
ataque al sistema inmune del huésped que parasitan. En muchos
casos, la invasión de estos protozoarios causa enfermedades
potencialmente mortales a seres humanos y animales.
En las células infectadas con patógenos (bacterias,
protozoarios o virus) se activa un proceso de muerte celular
llamado apoptosis, mediante el cual una célula infectada comete
suicidio, pero sin afectar las células vecinas, previniendo así
un daño mayor al organismo. No obstante, los patógenos
intracelulares han desarrollado estrategias de supervivencia para
controlar la apoptosis de la célula huésped y usarla a su favor. La
descripción de este proceso es la base de la presente historia.
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muerte celular, una batalla por el control
L
a apoptosis es un proceso normal que mantiene el estado de equilibrio (homeostasis) del
tejido, y sirve para eliminar las células viejas
o dañadas; pero también es un proceso vital
del sistema nervioso durante su desarrollo,
y del sistema inmune, ya que posibilita la eliminación de las células infectadas con patógenos.
Descripción de la apoptosis
en células de mamíferos
Cuando una célula recibe la señal de apoptosis, se activa una compleja cascada de eventos bioquímicos y
moleculares muy bien regulados, que producen cambios morfológicos en ella, tales como compactación
de la membrana celular y fragmentación del ADN.
Hay dos vías mediante las cuales se induce la apoptosis en una célula:
◂◂ La vía extrínseca se activa mediante la unión de
proteínas específicas llamadas ligandos, los cuales
interactúan con sus respectivas proteínas receptoras en la membrana de la célula blanco; algunos
ejemplos de ligandos son los llamados ligando de
Fas (FasL) y Factor de necrosis tumoral alfa (TNFα, por
sus siglas en inglés), los cuales interaccionan con
los receptores Fas y TNFR, respectivamente (figura
1). Cuando el ligando se une al receptor, se forma
un complejo con muchas proteínas, entre las más
importantes están las llamadas caspasas, que se
localizan en el citoplasma de la célula y se encargan de fragmentar otras proteínas celulares, provocando con esto el desensamblaje de la célula; es
como si las caspasas fraccionaran los andamios de
una casa para que ésta colapse. Estas caspasas se
designan por números, por ejemplo, la Caspasa 8
es fundamental en la vía extrínseca.
◂◂ La vía intrínseca o mitocondrial es inducida por estímulos externos, como estrés, radiación, luz ultravioleta o agentes tóxicos (fármacos), todos estos que
figura 1. Esquema general del proceso de apoptosis
en células de mamífero.
Se indica los componentes de la vía extrínseca (letras moradas), de la vía intrínseca (letras verdes) y la convergencia de las dos vías (letras rosas); así como las proteínas reguladoras de la apoptosis (letras negras). Las
flechas en color negro indican activación, y las rojas, inhibición.
Vía intrínseca
Vía extrínseca
TNF
TNFR
Estímulo
FasL
Fas
DISC
FADD
Caspasa 8
Bak
Bad
Bax
IAP
NFxß
Caspasas 3, 6 y 7
Bcl
Bcl-x1
Mcl-1
citocromo c
Apaf-1+Caspasa 9
Apoptosoma
Degradación
de proteínas blanco
en citoesqueleto
Apoptosis
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Degradación
de proteínas
blanco
IAP
Bcl-2
NÚCLEO
Cuadro 1. protozoarios parásitos que modulan la apoptosis
de la célula huésped
Toxoplasma gondii
Causa una enfermedad llamada toxoplasmosis, común
en zonas cálidas y húmedas; en México se presenta
principalmente en las costas y centro del país. La enfermedad no tiene síntomas característicos, por lo que
pasa desapercibida, pero durante el embarazo, el parásito se puede trasmitir al embrión, causando problemas
clínicos. Toxoplasma infecta cualquier célula nucleada y
provoca en ésta un efecto dual en su maquinaria apoptótica; es decir, induce apoptosis en células de bazo, ojo
y cerebro; pero también previene la apoptosis en células
de sistema inmune (linfocitos) y de cerebro. Hasta el
momento, sólo se ha identificado una proteína del
parásito llamada TgIKK, que podría ser responsable de
prevenir la apoptosis de la célula. En el cuadro 2 se menciona otras proteínas de la maquinaria apoptótica de la
célula que Toxoplasma activa o inhibe.
Plasmodium falciparum y Plasmodium vivax.
Ambos provocan una enfermedad llamada paludismo o
malaria en países tropicales, la cual es mortal en niños
pequeños y en adultos inmunodeficientes; en México se
presenta en Chiapas, Oaxaca y Tabasco. Inicialmente,
Plasmodium infecta células del hígado llamadas hepatocitos e induce la liberación de un factor de crecimiento
conocido como factor de crecimiento de hepatocitos (HGF,
por sus siglas en inglés) que, aparentemente, previene la
apoptosis de estos hepatocitos. Después, invade los gló-
bulos rojos (eritrocitos) en la sangre y se multiplica dentro
de ellos; entonces, los eritrocitos infectados se adhieren
a los vasos sanguíneos y liberan proteínas solubles que
inducen la apoptosis en las células endoteliales que recubren el interior de estos vasos. Así, Plasmodium activa o
inhibe varias proteínas de la maquinaria apoptótica de la
célula, pero aún no se han identificado las proteínas del
parásito que interactúan con ellas.
Trypanosoma cruzi
Causa la enfermedad de Chagas, exclusiva del continente
americano; en México, se encuentra en Chiapas, Yucatán,
Oaxaca, Morelos y Jalisco, principalmente. En la etapa inicial de la infección, Trypanosoma induce la apoptosis de las
células del sistema inmune (linfocitos y macrófagos), para
escapar a su ataque; pero en etapas avanzadas previene la
apoptosis de las células en las que se aloja (corazón, músculo, tejido nervioso y sistema digestivo).
Para mantener el estado anti-apoptótico,
Trypanosoma activa o inhibe algunas proteínas de la célula
que regulan la apoptosis (cuadro 2). Además, se han
encontrado dos proteínas del parásito que podrían ser las
responsables de evitar la apoptosis de la célula, éstas son:
Trans-sialidasa, que actúa sobre neuronas, y Cruzipaína, que
actúa sobre células del corazón (cardiomiocitos); ambas
inhiben la apoptosis mediante la interacción con la proteína celular NFκβ y las caspasas, pero se ignora aún la
forma en que esto ocurre.
provocan daño a la mitocondria; y
En las células infectadas por parásitos protozoarios
una vez que ésta se daña, libera la
proteína citocromo c que, junto con
se activa un proceso de muerte celular programada,
la Caspasa 9, forman un complejo
en el citoplasma llamado Apoptosoconocida como apoptosis, con el fin de reducir
ma, el cual comienza la cascada de
eventos que finalmente conducen
la replicación y diseminación del patógeno
a la muerte de la célula. En esta vía
también participa una familia de
proteínas llamada Bcl-2; algunas de
las cuales tienen la función de prevenir la apoptosis,
reciben y amplifican la señal de muerte, además de
por eso se llaman anti-apoptóticas; ejemplos: Bcl-2,
fragmentar proteínas del núcleo y el citoesqueleto,
Bcl-xL y Mc-1. Mientras que otras proteínas favorecen
provocando que la célula se desensamble.
la apoptosis y se llaman pro-apoptóticas, tales como
También existen otras familias de proteínas enBax, Bak y Bad.
cargadas de controlar la apoptosis de la célula, como
Tanto la vía extrínseca como la intrínseca converson las proteínas inhibidoras de la apoptosis (IAP), que
gen en la activación de las Caspasas 3, 6 y 7, las cuales
evitan la muerte, estorbando la actividad de las cas-
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Figura 2. Protozoarios parásitos que interfieren con la
maquinaria apoptótica de la célula.
A) Astrocitos de cerebro de ratón infectados con Toxoplasma gondii. B) Eritrocitos humanos infectados
con Plasmodium falciparum. C) Células musculares de ratón infectadas con Trypanosoma cruzi. A y B)
Tinción con Giemsa 100x. C) Tinción con inmunofluorescencia, anticuerpo anti-actina de músculo
y suero de ratón infectado con Trypanosoma cruzi, con el fluorocromo FITC, 100x. Los parásitos se identifican con flechas. Fotos: Carla Contreras.
pasas; además de factores de supervivencia, como
la proteína NFkβ que, al moverse del citoplasma al
núcleo, se une al ADN e induce la expresión de genes
anti-apoptóticos de las familias IAP y Bcl-2 (figura 1).
Apoptosis como estrategia de
supervivencia
Normalmente, una célula infectada entra en proceso
de apoptosis con la finalidad de evitar la multiplicación
del patógeno que la ha invadido, con lo cual evita que
éste se disemine e infecte células vecinas; estrategia
que limita el daño al organismo. Sin embargo, estudios realizados en células en cultivo, así como en ratones, indican que los protozoarios parásitos pueden
regular la apoptosis de la célula huésped, proceso que
depende de varios factores, tales como:
◂◂Etapa de la infección: Durante la etapa aguda
de la enfermedad, es decir, en los primeros seis
meses después de la infección, el parásito escapa
al ataque del sistema inmune del huésped, para
diseminarse a otras células; y al hacerlo induce
apoptosis en las células encargadas de la defensa
del organismo, como los linfocitos. Algo así como
provocar que todos los cuerpos de protección de
una ciudad (ejército, policías, etc.) se suiciden.
Además, durante la etapa crónica de la enfermedad, que ocurre a partir de los seis meses de la
infección, el parásito puede prevenir la apoptosis
de las células que los alojan, evitando que éstas
mueran, para que los sigan manteniendo y logren
el objetivo de reproducirse y colonizar más células.
Cuadro 2. PROTEÍNAS DE LA MAQUINARIA
APOPTÓTICA DE LA CÉLULA HUÉsPED
ACTIVADAS O INHIBIDAS POR
PROTOZOARIOS PARÁSITOS
PARÁSITO
PROTEÍNA SOBRE LA QUE ACTÚA Y SU EFECTO
Inhibe Activa
ToxoplasmaCitocromo cBcl-2, Bcl-xl, Bcl-w, Bfl-1 y Mcl-1
Caspasas 3, 8 y 9
IAPs (c-IAP y XIAP)
Bad y Bax
Nfkβ
PlasmodiumCaspasas 3, 8 y 9
TrypanosomaBadBcl-2 y Bcl-xL y NFkB
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◂◂Tipo de parásito: La población de
parásitos de una especie determinada suele tener variantes o tipos con
virulencia diversa. Los más virulentos tienen características que los
vuelven más agresivos, es decir, se
multiplican en tiempos más cortos
que las variantes no virulentas; y
pueden provocar la apoptosis en un
mayor número de células, en
comparación con las de menor
virulencia.
◂◂Tipo de célula huésped: Las
células de mamífero comparten una
maquinaria apoptótica común, pero
algunos tipos celulares, como los astrocitos (célula
del cerebro que brinda protección y nutrientes a las
neuronas), son más resistentes a la muerte celular.
◂◂Cantidad de parásitos: Se ha observado que
entre más parásitos invasores vivan dentro de una
célula, aumenta en ésta el efecto inhibidor del
proceso de apoptosis.
Entre los protozoarios parásitos que tienen la capacidad de interferir con la maquinaria apoptótica de la
célula, descrita anteriormente, se encuentran: Toxoplasma, Plasmodium, Trypanosoma, Cryptosporidium,
Leishmania y Theileria (figura 2), éstos causan infecciones en humanos y animales; no obstante, se desconoce exactamente cómo lo hacen.
En los últimos años, con el uso de técnicas bioquímicas y moleculares, se ha encontrado proteínas
propias de los parásitos que interactúan con las proteínas que conforman la maquinaria apoptótica de la
célula; algunos ejemplos son descritos en el cuadro 1.
Así mismo, en la célula huésped, ha sido posible
identificar algunas proteínas blanco, que pueden ser
activadas o inhibidas por los parásitos para modificar el proceso de apoptosis a su favor (cuadro 2). Recientemente también se ha encontrado que tanto
las células infectadas como los parásitos por sí mismos liberan moléculas durante el proceso de infección, las cuales pueden actuar directamente sobre
la célula infectada, o bien, sobre las células vecinas
–que aún no han sido infectadas– para prevenir su
muerte.
o no el establecimiento de la infección y, en consecuencia, el avance de la enfermedad.
El estudio de la modulación de la apoptosis en la
célula infectada comprende un nuevo campo de investigación enfocado al desarrollo de terapias para
prevenir el daño o, incluso, eliminar la infección. Esta
estrategia se ha usado en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas y cáncer, en las cuales la
apoptosis favorece el desarrollo de la enfermedad. Actualmente, se están probando nuevos fármacos con
efecto anti-apoptótico para el tratamiento de las enfermedades infecciosas. Por ejemplo, en ratones infectados con Plasmodium berghei, el inhibidor de Caspasas
ZVAD-fmk disminuyó la mortalidad celular asociada a
la infección; mientras que en ratones infectados con
Trypanosoma cruzi el inhibidor de caspasas, llamado
Benziloxicarbonil-fluorometil cetona redujo la cantidad de
parásitos y previno la apoptosis de linfocitos.
Actualmente, un reto importante es identificar
las moléculas del parásito que interfieren con la maquinaria apoptótica de la célula; así como caracterizar los mecanismos celulares y moleculares por los
que estas moléculas actúan, conocimiento que va
enfocado al desarrollo de fármacos que inhiban la infección, lo que permitirá en un futuro controlar enfermedades causadas por protozoarios parásitos.
Agradecimientos
1. Al M. en C. Bernardo Cortina por el diseño de la figura de
apoptosis.
Bibliohemerografía:
¿Por qué estudiar la apoptosis?
Como se puede ver, la interacción célula –huésped parásito es muy compleja, pues la célula infectada trata
de eliminar al invasor, activando, incluso, el proceso de
su propia muerte (apoptosis); por su parte, el parásito
se defiende, tomando el control de la maquinaria celular para evitar que ésta muera, con lo cual continúa
obteniendo nutrientes y un espacio para crecer y multiplicarse. Es esta modulación del proceso de apoptosis
por parte de los protozoarios parásitos lo que permite
◂◂ Bienvenu, A. L, E. González-Rey, S. Picot. “Apoptosis Induced
by Parasitic Diseases”. Parasites & Vectors”, 3, (2010): 106.
◂◂ Bruchhaus, I, T. Roeder, A. Rennenberg, V. T. Heussler
“Protozoan Parasites: Programmed Cell Death as a Mechanism
of Parasitism”. Trends in Parasitology, 23 (2007): 376-83.
◂◂ Elmore, S. “Apoptosis: a Review of Programmed Cell Death”.
Toxicol Pathology, 35 (2007): 495-516.
◂◂ Lüder, C. G., J. Campos-Salinas, E. González-Rey, G. van
Zandbergen. “Impact of Protozoan Cell Death on Parasite-Host
Interactions and Pathogenesis”. Parasites & Vectors, 3, (2010): 116.
Carla Contreras-Ochoa es Doctora en Ciencias de la Salud Pública con especialidad en Enfermedades Infecciosas, labora en el Centro de
Investigación Sobre Enfermedades Infecciosas (CISEI), del Instituto Nacional de Salud Pública (INSP). Su investigación se ha enfocado en el
estudio de los protozoarios parásitos Toxoplasma, Trypanosoma y Plasmodium.
Alfredo Lagunas-Martínez es candidato a Doctor en Ciencias Biomédicas por la UNAM. Actualmente labora en el CISEI-INSP. Su línea
de interés se centra en la caracterización de los mecanismos a través de los cuales los virus bloquean la muerte celular programada (apoptosis).
Dolores Correa es Doctora en Investigación Biomédica, y trabaja en el Laboratorio de Inmunología Experimental, del Instituto Nacional de
Pediatría. Tiene más de 25 años de experiencia en Investigación Biomédica enfocada a la Inmunología de las parasitosis, particularmente,
con cisticercosis, toxoplasmosis, fasciolosis y triquinelosis. Ha desarrollado tecnología inmunológica de diagnóstico con aplicación clínica y
epidemiológica; así como estudios sobre los mecanismos de evasión y patogenia de los parásitos. Es miembro del SNI, nivel 3.
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